Học dựa trên tìm tòi, khám phá khoa học

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm
Chia sẻ lên facebook Chia sẻ lên twitter Chia sẻ lên google-plus In trang này

1. Học dựa trên tìm tòi, khám phá khoa học

1.1. Khái niệm về tìm tòi – khám phá khoa học

Theo định nghĩa của Hội đồng nghiên cứu quốc gia Hoa kì: “Tìm tòi – khám phá khoa học đề cập đến các cách thức khác nhau trong đó các nhà khoa học nghiên cứu thế giới tự nhiên và đề xuất các giải thích/ giả thuyết dựa trên những bằng chứng, dữ liệu thông tin thu được từ các nghiên cứu của họ.”[18].

Khoa học không chỉ là việc thu thập các sự kiện riêng lẻ, mà hơn thế, đó là một quá trình trong đó các nhà khoa học nhận thức về thế giới và giải quyết các vấn đề [19]. Khoa học là con đường mang lại hiểu biết bằng cách tích lũy dữ liệu từ các quan sát và thực nghiệm, phân tích dữ liệu đó để đưa ra giả thuyết/ dự đoán có cơ sở khoa học nhằm giải thích thế giới.

Hoạt động tìm tòi - khám phá là một thành tố quan trọng tạo nên hoạt động học tập chủ động, tích cực của HS. Cũng theo Hội đồng nghiên cứu quốc gia Hoa kì: “Trong học tập, tìm tòi - khám phá đề cập đến các hoạt động của người học trong đó họ phát triển kiến thức và hiểu biết về các vấn đề khoa học, cũng như hiểu biết về cách thức mà các nhà khoa học nghiên cứu thế giới tự nhiên.” [18].

Dạy học dựa trên tìm tòi, khám phá khoa học (viết ngắn gọn là dạy học khám phá, viết tắt là DHKP) là phương pháp dạy học cung cấp cho HS cơ hội để trải nghiệm quá trình nghiên cứu khoa học. Nó tạo điều kiện cho HS bộc lộ những quan niệm sai lầm vốn có của họ, khuyến khích họ trao đổi, thảo luận với nhau về các quan sát, dữ liệu thu thập được từ đối tượng nghiên cứu, để đề xuất các giả thuyết, xây dựng các kế hoạch hành động, tiến hành các thí nghiệm thu thập thông tin, tìm kiếm bằng chứng, nhằm kiểm chứng các giả thuyết ban đầu, từ đó rút ra các kết luận mang tính khoa học. Thông qua các hoạt động đó, HS có thể tự điều chỉnh và thay đổi các quan niệm trước đó của mình để hình thành kiến thức mới; đồng thời, HS cũng có cơ hội để phát triển tư duy phê phán, tư duy sáng tạo, rèn luyện kĩ năng làm việc nhóm, năng lực giải quyết vấn đề và rất nhiều các kĩ năng khác cần thiết cho một cuộc sống độc lập sau này. Như vậy, DHKP tạo nhiều cơ hội để phát triển năng lực ở HS.

1.2. Các giai đoạn đặc trưng của dạy học khám phá

Tùy theo từng tác giả hay từng lĩnh vực khoa học mà người ta phân chia quá trình khám phá thành số lượng các giai đoạn khác nhau, nhưng theo cách phân chia nào, thì vẫn bao hàm những hoạt động cơ bản của việc tìm tòi, khám phá khoa học. Trong lĩnh vực vật lí và trong dạy học vật lí, hoạt động dạy học khám phá được phân chia thành một số giai đoạn đặc trưng sau đây:

Giai đoạn 1: Đặt ra các câu hỏi khoa học

Trong nghiên cứu khoa học, đứng trước quá trình, hiện tượng cần nghiên cứu, các nhà khoa học thường đặt ra hai loại câu hỏi chủ yếu. Loại câu hỏi thứ nhất thường được mở đầu bằng từ “tại sao”, ví dụ: Tại sao vào mùa lạnh, khi hà hơi vào tấm kính để ngoài trời lại làm kính “mờ” đi? Tại sao giọt nước mưa lại rơi từ trên trời xuống dưới? Loại câu hỏi thứ hai thường hỏi về cách thức hình thành những sự kiện nào đó, thường sử dụng từ “như thế nào”, ví dụ: Làm như thế nào để tạo ra dòng điện mà không cần nguồn điện như pin, ác qui? Làm thế nào để vận tải điện năng đi xa mà giảm tổn thất điện năng? Nghiên cứu khoa học nói chung, dạy học khám phá nói riêng bao giờ cũng bắt đầu bằng câu hỏi khoa học.

Giai đoạn 2: Đưa ra giả thuyết/ dự đoán khoa học làm cơ sở cho việc trả lời câu hỏi khoa học

Các nhà khoa học thu thập các bằng chứng như những dữ liệu khoa học thông qua cách ghi lại những quan sát và các dữ liệu đo lường. Trong quá trình học tập, HS phân tích các dữ liệu này để đưa ra giả thuyết làm cơ sở cho việc trả lời câu hỏi khoa học, giải thích các quá trình, hiện tượng khoa học đã quan sát được.

Giai đoạn 3: Tiến hành các thí nghiệm đề kiểm chứng giả thuyết đó

Mọi giả thuyết đều phải được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Giả thuyết được kiểm chứng bằng thực nghiệm, nghĩa là giả thuyết hay hệ quả được suy ra từ giả thuyết cần phải phù hợp với các quan sát, bằng chứng chỉ ra ở các thí nghiệm mới do HS đề xuất và tiến hành. Nếu giả thuyết hệ quả được suy ra từ giả thuyết không phù hợp với các quan sát, bằng chứng chỉ ra ở các thí nghiệm mới, thì nghĩa là giả thuyết sai, phải quay trở lại, phân tích quá trình, hiện tượng đang nghiên cứu để đưa ra giả thuyết khác.

Giai đoạn 4: Rút ra kết luận

Sau khi tiến hành thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết cho thấy giả thuyết đúng thì ta cần rút ra kết luận khoa học về vấn đề nghiên cứu. Đó chính là kết quả nghiên cứu.

Giai đoạn 5: Báo cáo và bảo vệ kết quả nghiên cứu

HS công bố kết quả nghiên cứu trước lớp, trả lời những câu hỏi liên quan đến nội dung nghiên cứu để bảo vệ sự đúng đắn của kết luận khoa học đã rút ra.

Khám phá khoa học khác với các dạng khám phá khác ở chỗ các giả thuyết được đề xuất có thể được xem xét lại, thậm chí có thể bị loại bỏ dưới ánh sáng của những phát hiện mới. Các nhà khoa học cần phải công bố nghiên cứu của mình một cách trung thực và chi tiết đủ để những nhà khoa học khác có thể tái tạo lại các nghiên cứu đó nếu cần thiết.

Tương tự như vậy, HS sẽ thu được nhiều lợi ích khi họ chia sẻ và so sánh kết quả của mình với các bạn trong lớp, thông qua đó, tạo cơ hội cho họ đặt ra các câu hỏi, kiểm tra các bằng chứng, xác định các lập luận sai lầm, xem xét các giải pháp thay thế. Họ cũng có thể nhận thức được kết quả của họ có quan hệ với các kiến thức khoa học hiện tại như thế nào.

DHKP không phải là một chuỗi các hoạt động theo quy trình cứng nhắc mà có thể được thay đổi và sử dụng linh hoạt phụ thuộc vào mức độ nhận thức và năng lực của HS. Trong bài học này, có thể thấy đầy đủ các giai đoạn đặc trưng của DHKP; nhưng trong bài học khác, chỉ một vài giai đoạn đặc trưng được thể hiện rõ.

1.3. Vai trò của DHKP trong việc phát triển năng lực HS

Như trên đã nhận xét, DHKP tạo nhiều cơ hội phát triển năng lực ở HS. Trong dạy học vật lí, việc tổ chức dạy học khám phá cũng có thể phát triển các năng lực thành phần của năng lực chuyên biệt vật lí cho HS. Điều đó được trình bày cụ thể ở bảng dưới đây.

Bảng 1: Các năng lực thành phần của năng lực chuyên biệt vật lí có thể được phát triển trong các giai đoạn khác nhau ở DHKP

Nhóm năng lực Năng lực thành phần G.đoạn 1

Đặt ra câu hỏi KH

G.đoạn 2

Đưa ra GT

G. đoạn 3

TN kiểm chứng GT

G.đoạn 4

Rút ra KL

Năng lực sử dụng kiến thức K1: Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại lượng, định luật, nguyên lí vật lí cơ bản, các phép đo, các hằng số vật lí
K2: Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức vật lí x x
K3: Sử dụng được kiến thức vật lí để thực hiện các nhiệm vụ học tập
K4: Vận dụng (giải thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, đánh giá giải pháp,…) kiến thức vật lí vào các tình huống thực tiễn
Năng lực về phương pháp P1: Đặt ra những câu hỏi về một sự kiện vật lí x
P2: Mô tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ vật lí và chỉ ra các quy luật vật lí trong hiện tượng đó x
P3: Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong học tập vật lí x x
P4: Vận dụng sự tưong tự và các mô hình để xây dựng kiến thức vật lí x
P5: Lựa chọn và sử dụng các công cụ toán học phù hợp trong học tập vật lí. x
P6: Chỉ ra được điều kiện lí tưởng của hiện tượng vật lí
P7: Đề xuất được giả thuyết; suy ra các hệ quả có thể kiểm tra được x x
P8: Xác định mục đích, đề xuất phương án, lắp ráp, tiến hành xử lí kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét x x
P9: Biện luận tính đúng đắn của kết quả thí nghiệm và tính đúng đắn các kết luận được khái quát hóa từ kết quả thí nghiệm này x
Năng lực trao đổi thông tin X1: Trao đổi kiến thức và ứng dụng vật lí bằng ngôn ngữ vật lí và các cách diễn tả đặc thù của vật lí
X2: Phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lí (chuyên ngành ) x
X3: Lựa chọn, đánh giá được các nguồn thông tin khác nhau,
X4: Mô tả được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các thiết bị kĩ thuật, công nghệ
X5: Ghi lại được các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí của mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm… ).
X6: Trình bày các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí
Năng lực cá thể C1: Xác định được trình độ hiện có về kiến thức, kĩ nãng , thái độ của cá nhân trong học tập vật lí
C2: Lập kế hoạch và thực hiện được kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch học tập vật lí nhằm nâng cao trình độ bản thân.
C1: Chỉ ra được vai trò (cơ hội) và hạn chế của các quan điểm vật lí đối trong các trýờng hợp cụ thể trong môn vật lí và ngoài môn vật lí
C2: So sánh và đánh giá được – dưới khía cạnh vật lí- các giải pháp kĩ thuật khác nhau về mặt kinh tế, xã hội và môi trường
C3: Sử dụng được kiến thức vật lí để đánh giá và cảnh báo mức độ an toàn của thí nghiệm, của các vấn đề trong cuộc sống và của các công nghệ hiện đại
C4: Nhận ra được ảnh hưởng vật lí lên các mối quan hệ xã hội và lịch sử

2. Ví dụ về việc vận dụng DHKP để phát triển năng lực ở HS

Có thể áp dụng DHKP để tổ chức dạy học các bài:

Bài 38. Hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng trong mạch điện kín (Vật lí 11)

Nội dung quá trình dạy học trải qua các giai đoạn đặc trưng của DHKP được diễn ra cụ thể như sau:

Giai đoạn 1: Đặt ra các câu hỏi khoa học

Hoc-dua-tren-tim-toi-kham-pha-khoa-hoc-1.png

Cho HS quan sát cấu tạo (Hình 31.1, SGK VL9) và hoạt động của đinamô, khi quay núm của thì nam châm quay theo và đèn sáng. Từ kiến thức cũ HS đã biết: muốn có dòng điện phải cần nguồn điên, ví dụ như pin, ác qui, nhưng ở đinamô lại không thấy có nguồn điện.

Câu hỏi khoa học đặt ra với HS là:

- Do đâu mà dòng điện lại được sinh ra?

- Cái gì đã sinh ra dòng điện?

Do HS đã học ở lớp 9, đã nêu ra các câu hỏi khoa học này rồi và đã đưa ra một số giả thuyết (ở giai đoạn 2), để rồi làm thí nghiệm kiểm chứng rút ra kết luận về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng: Khi có sự biến thiên số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây thì mới sinh ra dòng điện cảm ứng. Cho nên, ở THPT, bài học bắt đầu ngay việc hình thành khái niệm từ thông và sử dụng khái niệm đó để rút ra (thực chất là phát biểu, điều chỉnh nội dung) giả thuyết về điều kiện xuất hiện dòng điên cảm ứng, khi sử dụng khái niệm từ thông.

Giai đoạn 2: Điều chỉnh giả thuyết/ dự đoán khoa học (sao cho khái quát hơn với việc sử dụng khái niệm Từ thông)

Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng được phát biểu ở cấp THCS tập trung vào dấu hiệu “Sự biến thiên số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây”. Tuy nhiên, ở THPT, trong quá trình phát triển, một số khái niệm được sử dụng khi nghiên cứu về từ trường, cảm ứng điện từ đã được bổ sung và chính xác hơn cả về mặt định tính và định lượng. Thay cho khái niệm đường sức từ là khái niệm cảm ứng từ và đại lượng cảm ứng từ này tại một điểm, một miền được xác định định lượng đối với một số từ trường cụ thể, ví dụ như đối với từ trường trong lòng ống dây, từ trường của dây dẫn thẳng..v..v..Trên cơ sở đó, điều kiện xuất hiện dòng cảm ứng được xác định thông qua đại lượng mới, đó là từ thông, thay cho đại lượng mang tính chất định tính là “số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây”.

Lúc này, giả thuyết về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng được phát biểu như sau: Dòng điện cảm ứng xuất hiện khi từ thông gửi qua cuộn dây/ mạch điện kín biến thiên.

Giai đoạn 3: Tiến hành các thí nghiệm đề kiểm chứng giả thuyết

Giả thuyết trên cần được kiểm chứng qua thực nghiệm. Để kiểm chứng giả thuyết, GV yêu cầu HS đề xuất các phương án thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết này với gợi ý các phương án thí nghiệm khác nhau, trong đó có một trong các đại lượng B, S hay thay đổi.

Các phương án thí nghiệm kiểm chứng khác nhau được tiến hành bởi các nhóm khác nhau, ví dụ như [8]:

- Quay khung/ cuộn dây trong từ trường nam châm chữ U (và do đó thay đổi)

- Đặt thanh nam châm trước mặt khung dây, nén, dãn khung dây (diện tích S của khung dây thay đổi).

- v...

Hoc-dua-tren-tim-toi-kham-pha-khoa-hoc-2.png

Chỉ khi các thí nghiệm kiểm chứng khác nhau về cách làm biến thiên từ thông gửi qua diện tích S của cuộn dây được thực hiện và đều xác nhận có xuất hiện dòng điện cảm ứng thì lúc đó giả thuyết mới được chấp nhận và coi là đúng.

Giai đoạn 4: Rút ra kết luận

Sau khi tiến hành thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết cho thấy giả thuyết đúng thì yêu cầu từng nhóm HS rút ra kết luận khoa học về vấn đề nghiên cứu, về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng. Đó chính là kết quả nghiên cứu.

Giai đoạn 5: Báo cáo và bảo vệ kết quả nghiên cứu

Từng nhóm HS công bố kết quả nghiên cứu trước lớp, trả lời những câu hỏi liên quan đến nội dung nghiên cứu để bảo vệ sự đúng đắn của kết luận khoa học đã rút ra cũng như trao đổi những kinh nghiệm rút ra trong quá trình nghiên cứu.

Qua ví dụ về việc vận dụng DHKP trong dạy học hai bài trên, chúng ta dễ dàng thấy rằng nhiều năng lực thành phần của năng lực chuyên biệt vật lí được phát triển ở HS ở từng giai đoạn cũng như ở trong toàn bộ quá trình nghiên cứu tìm tòi khám phá ra điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Tiến trình tổ chức hướng dẫn HS tham gia tìm tòi nghiên cứu theo phương pháp DHKP nhằm tạo điều kiện phát triển năng lực ở HS được trình bày ở trên chỉ là dự kiến. Trong thực tiễn dạy học ứng với điều kiện cụ thể, đặc biệt đối với các đối tượng HS khác nhau, cần có sự điều chỉnh thích hợp sao cho hiệu quả dạy học cao nhất, trong đó phát triển được năng lực HS tốt nhất.

Liên kết đến đây

Chia sẻ lên facebook Chia sẻ lên twitter Chia sẻ lên google-plus In trang này